Freier Fall Rechner
Berechnen Sie Parameter für Objekte im freien Fall
Der freie Fall ist die Bewegung eines Objekts unter ausschließlichem Einfluss der Schwerkraft. Im idealen freien Fall:
- Wirkt nur die Gravitationskraft auf das Objekt
- Wird der Luftwiderstand vernachlässigt
- Ist die Beschleunigung konstant (g ≈ 9,81 m/s² nahe der Erdoberfläche)
- Erfolgt die Bewegung vertikal
In der Realität beeinflusst der Luftwiderstand fallende Objekte, aber der ideale Fall bietet eine gute Annäherung für viele Situationen.
Wichtige Gleichungen für die Bewegung im freien Fall:
Endgeschwindigkeit: v = v₀ + gt
Höhe: h = v₀t + ½gt²
Fallzeit: t = (-v₀ ± √(v₀² + 2gh))/g
Dabei ist:
- v die Endgeschwindigkeit
- v₀ die Anfangsgeschwindigkeit
- g die Erdbeschleunigung (9,81 m/s²)
- t die Zeit
- h die Höhe
Während des freien Falls wird Energie zwischen potentieller und kinetischer Form umgewandelt:
Potentielle Energie: PE = mgh
Kinetische Energie: KE = ½mv²
Gesamtenergie: E = PE + KE (konstant)
Prinzipien der Energieumwandlung:
- Maximale potentielle Energie am höchsten Punkt (minimale kinetische Energie)
- Maximale kinetische Energie am tiefsten Punkt (minimale potentielle Energie)
- Die gesamte mechanische Energie bleibt im idealen freien Fall erhalten
Berechnungen zum freien Fall sind in vielen Bereichen wichtig:
- Sport: Turmspringen, Stabhochsprung, Fallschirmspringen
- Ingenieurwesen: Falltests, Aufprallanalysen
- Bauingenieurwesen: Sicherheitsberechnungen, Materialabwürfe
- Raumfahrt: Orbitalmechanik, Wiedereintrittsberechnungen
- Bildung: Vermittlung physikalischer Grundprinzipien
Fallen schwerere Objekte schneller?
Im idealen freien Fall (ohne Luftwiderstand) fallen alle Objekte unabhängig von ihrer Masse mit der gleichen Geschwindigkeit. Dies wurde von Galileo berühmt demonstriert. In der Realität wirkt sich der Luftwiderstand jedoch stärker auf leichtere Objekte aus.
Wie beeinflusst der Luftwiderstand den freien Fall?
Der Luftwiderstand wirkt der Bewegung entgegen und nimmt mit der Geschwindigkeit zu. Er führt schließlich zur Endgeschwindigkeit, bei der der aufwärts gerichtete Luftwiderstand der abwärts gerichteten Gravitationskraft entspricht.
Was ist die Endgeschwindigkeit?
Die Endgeschwindigkeit ist die konstante Geschwindigkeit, die erreicht wird, wenn der Luftwiderstand der Gravitationskraft entspricht. Sie hängt von der Masse, Form und Querschnittsfläche des Objekts ab. Dieser Rechner geht von idealen Bedingungen ohne Luftwiderstand aus.